Sebuah tim peneliti internasional termasuk ilmuwan dari ETH telah menunjukkan bahwa gesekan pada magma menyebabkan pembentukan gelembung yang mempengaruhi apakah gunung berapi akan meletus secara eksplosif atau mengeluarkan lava yang mengalir perlahan.
Tingkat ledakan letusan gunung berapi bergantung pada berapa banyak gelembung gas yang terbentuk di magma – dan kapan. Hingga saat ini, gelembung gas diperkirakan terbentuk terutama ketika tekanan lingkungan turun sementara magma naik. Gas yang terlarut dalam magma di lapisan bawah – karena tekanan yang lebih tinggi – keluar ketika tekanan turun dan membentuk gelembung. Semakin banyak gelembung yang ada di dalam magma, semakin ringan magma tersebut dan semakin cepat naik. Hal ini dapat menyebabkan magma terkoyak dan menyebabkan letusan eksplosif.
Proses ini dapat disamakan dengan sebotol sampanye: ketika botol ditutup dan diberi tekanan, karbon dioksida tetap berada dalam larutan. Ketika gabus dikeluarkan dari botol, tekanan turun dan karbon dioksida membentuk gelembung. Gelembung-gelembung ini menarik cairan ke atas dan menyebabkannya menyembur keluar dari botol secara eksplosif.
Namun penjelasan ini tidak lengkap – karena lava dari beberapa gunung berapi, seperti Gunung St. Helens di negara bagian Washington, AS, atau gunung berapi Quizapu di Chili, terkadang mengalir keluar dengan lembut meskipun terdapat magma yang sangat eksplosif dengan kandungan gas yang tinggi. Kini, tim peneliti internasional termasuk ilmuwan dari ETH Zurich telah memberikan penjelasan baru atas teka-teki yang telah lama membingungkan para ahli vulkanologi tersebut.
Geser sebagai faktor baru
Dalam artikel terbaru di jurnal Science, para peneliti menunjukkan bahwa gelembung gas dapat terbentuk di magma yang naik bukan hanya karena penurunan tekanan tetapi juga karena gaya geser. Jika gelembung gas ini tumbuh jauh di dalam saluran vulkanik, mereka dapat bergabung satu sama lain dan membentuk saluran degassing. Gas kemudian dapat keluar pada tahap awal, dan magma mengalir keluar dengan tenang.
Kita dapat membayangkan gaya geser dalam magma seperti mengaduk toples madu: madu bergerak lebih cepat jika diaduk dengan sendok. Di tepi toples, yang gesekannya lebih tinggi, gerakannya lebih lambat. Proses serupa terjadi di saluran vulkanik: magma bergerak lebih lambat di tepi saluran, yang memiliki gesekan paling besar, dibandingkan di bagian dalam. Ini pada dasarnya “menguleni” batuan cair, menghasilkan gelembung gas.
“Percobaan kami menunjukkan bahwa pergerakan magma akibat gaya geser cukup untuk membentuk gelembung gas – bahkan tanpa penurunan tekanan,” jelas Olivier Bachmann, Profesor Vulkanologi dan Petrologi Magmatik di ETH Zurich dan salah satu rekan penulis. Eksperimen para peneliti menunjukkan bahwa gelembung terbentuk terutama di dekat tepi saluran, di mana gaya geser paling kuat. Gelembung yang ada semakin memperkuat efek ini. “Semakin banyak gas yang dikandung magma, semakin sedikit geseran yang diperlukan untuk pembentukan gelembung dan pertumbuhan gelembung,” kata Bachmann.
Mengapa gunung berapi yang eksplosif terkadang tidak meledak
Menurut temuan baru, magma dengan kandungan gas rendah yang tampaknya tidak mudah meledak, namun dapat menyebabkan ledakan dahsyat jika sejumlah besar gelembung terbentuk akibat pergeseran yang nyata dan magma tersebut melonjak ke atas dengan cepat.
Sebaliknya, gaya geser juga dapat menyebabkan gelembung-gelembung berkembang dan bergabung pada tahap awal di magma yang kaya gas dan berpotensi meledak, yang mengarah pada pembentukan saluran degassing di magma yang menurunkan tekanan gas. “Oleh karena itu, kami dapat menjelaskan mengapa beberapa magma kental mengalir keluar dengan lembut dan bukannya meledak, meskipun kandungan gasnya tinggi – sebuah teka-teki yang telah membingungkan kita sejak lama,” kata Bachmann.
Salah satu contohnya adalah letusan Gunung St. Helens pada tahun 1980. Meskipun magmanya kaya akan gas sehingga berpotensi meledak, letusan tersebut dimulai dengan masuknya aliran lava yang sangat lambat ke dalam kerucut gunung berapi. Gaya geser kuat yang bekerja pada magma menghasilkan gelembung gas tambahan yang awalnya memungkinkan terjadinya pelepasan gas. Hanya ketika tanah longsor membuka lubang vulkanik lebih jauh dan terjadi penurunan tekanan yang cepat, gunung berapi tersebut meledak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa banyak gunung berapi dengan magma kental memungkinkan gas keluar lebih efisien daripada yang diperkirakan sebelumnya.
Eksperimen laboratorium khusus
Untuk memvisualisasikan proses di dalam gunung berapi, para peneliti mengembangkan eksperimen khusus: mereka mengambil cairan kental menyerupai batuan cair dan menjenuhkannya dengan gas karbon dioksida.
Kemudian mereka mengamati apa yang terjadi jika cairan mirip lava itu digerakkan oleh gaya geser. Segera setelah gaya geser melebihi ambang batas tertentu, gelembung gas tiba-tiba terbentuk di dalam cairan. Semakin tinggi titik jenuh gas awal, semakin sedikit geseran yang diperlukan untuk membentuk gelembung gas lebih lanjut. Para peneliti juga menemukan bahwa keberadaan gelembung-gelembung yang ada mendukung pembentukan gelembung-gelembung lebih lanjut di lingkungan terdekatnya.
Para peneliti menggabungkan observasi ini dengan simulasi komputer mengenai letusan gunung berapi. Dengan melakukan hal tersebut, mereka menunjukkan bahwa efek tersebut sangat mungkin terjadi di daerah di mana magma kental mengalir di sepanjang dinding saluran dan oleh karena itu mengalami gaya geser yang kuat.
Melalui penelitian mereka, para peneliti memberikan potongan teka-teki baru yang penting dalam hal pemahaman yang lebih baik tentang proses yang terjadi di dalam gunung berapi aktif dan dengan lebih tepat menilai bagaimana gunung berapi akan meletus. “Untuk memprediksi potensi bahaya gunung berapi dengan lebih baik, kita perlu memperbarui model gunung berapi dan memperhitungkan gaya geser di saluran,” kata rekan penulis studi Bachmann.
Referensi
Roche O, Andanson J, Dequidt A, Huber C, Bachmann O, Pinel D: Nukleasi gelembung akibat geser di magma, Science, 6. November 2025, adw8543
